DE102014009122A1

DE102014009122A1 - Roboterhand zum fördern eines gegenstandes, roboter und robotersystem mit einer roboterhand, und verfahren zum steuern einer roboterhand

Info

Publication number: DE102014009122A1
Application number: DE102014009122.8A
Authority: DE
Inventors: Masaru Oda
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2014-06-18
Publication date: 2014-12-31
Also published as: JP2015009287A; JP5717797B2; US20150000453A1; CN104249374B; CN104249374A; US9751217B2

Abstract

Bereitgestellt wird eine Roboterhand, bei der es ermöglicht ist, das am Gelenk der Roboterhand beim Fördern eines Artikels wirkende Lastmoment zu reduzieren. Die Roboterhand hat ein Gestell; einen am Gestell montierten ersten Handarm mit einem Haltebauteil, das eingerichtet ist, den Gegenstand zu halten, wobei das Haltebauteil zwischen einer ersten Distalposition entfernt vom Gestell in einer ersten Richtung bewegbar ist und in eine erste Proximalposition näher am Gestell als die erste Distalposition; und einen zweiten, am Gestell montierten Handarm mit einem Ausgleichsgewicht derart, dass das Ausgleichsgewicht zwischen einer zweiten Distalposition entfernt vom Gestell in eine zweite Richtung, die entgegengesetzt der ersten Richtung ist, und einer zweiten Proximalposition näher am Gestell als die zweite Distalposition bewegbar ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Roboterhand zum Halten und Transportieren eines Gegenstandes, einen Roboter und ein Robotersystem mit einer Roboterhand, und ein Verfahren zum Steuern einer Roboterhand.
2. Zum Stand der Technik
Bekannt sind industrielle Roboter mit einer Roboterhand, die mit einem linear hin- und herbewegbaren Haltebauteil zum Halten eines Gegenstandes, wie eines Werkstückes, versehen ist (siehe z. B. japanische Patentveröffentlichungen 2002-172569 und 2006-16144 .
Eine herkömmliche Roboterhand mit einem linear hin- und herbewegbaren Haltebauteil ist an einem Gelenk am distalen Ende eines Roboterarmes montiert, wobei eine Basis der Roboterhand als Lager- oder Stützpunkt dient. Soll die Roboterhand einen vom Gelenk entfernt angeordneten Gegenstand halten, bewegt sie das Halte-Bauteil in Richtung auf den Gegenstand, hält ihn und hebt ihn mit dem Haltebauteil an, welches entfernt von der Basis angeordnet ist.
Dabei wirkt auf das Gestell und das Gelenk ein Last-Moment, das vom Abstand zwischen dem Haltebauteil und dem Gestell und vom Gewicht des Gegenstandes abhängt. Bei einer Roboterhand mit einem linear hin- und herbewegbaren Haltebauteil ist es erforderlich, das an der Basis und am Gelenk wirkende Last-Moment zu reduzieren, wenn das Haltebauteil den Gegenstand in einer Position anhebt, die relativ weit von der Basis entfernt ist.
Weiterhin wirkt bei einer solchen Anordnung mit einem linear hin- und herbewegbaren Haltebauteil beim Fördern des vom Haltebauteil getragenen Gegenstandes während des Betriebs des Roboterarmes ein Last-Trägheitsmoment auf den Roboterarm. Es ist auch anzustreben, das auf den Roboterarm wirkende Last-Trägheitsmoment zu reduzieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung ist ein Roboterarm eingerichtet, einen Gegenstand zu halten und zu fördern. Der Roboterarm ist versehen mit einer Basis; einem ersten, an der Basis montierten Handarm, der ein Haltebauteil aufweist, das eingerichtet ist, den Artikel zu halten, und der in der Lage ist, das Haltebauteil zwischen einer ersten, von der Basis entfernten distalen Position in einer ersten Richtung und einer ersten proximalen, näher als die erste distale Position an der Basis liegenden Position zu bewegen; und mit einem zweiten an der Basis montierten Handarm einschließlich eines Ausgleichsgewichts, der eingerichtet ist, das Ausgleichsgewicht zwischen einer zweiten distalen, von der Basis entfernten Stellung in einer zweiten Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, in eine zweite proximale Position näher an der Basis als die zweite distale Position zu bewegen.
Die Roboterhand kann weiterhin mit einer ersten Antriebseinheit versehen sein, die eingerichtet ist, das Haltebauteil anzutreiben für eine Bewegung zwischen der ersten distalen Position und der ersten proximalen Position; und mit einer zweiten Antriebseinheit, die eingerichtet ist, das Ausgleichsgewicht anzutreiben für eine Bewegung zwischen der zweiten distalen Position und der zweiten proximalen Position.
Weiterhin kann die Roboterhand mit einem Gelenkmechanismus versehen sein, der eingerichtet ist, eine Bewegung des Haltebauteils durch die erste Antriebseinheit und eine Bewegung des Ausgleichsgewichts durch die zweite Antriebseinheit zu koppeln. In dieser Anordnung können die ersten Antriebseinheit und die zweite Antriebseinheit eine gemeinsame Antriebsquelle haben.
Sowohl die erste Antriebseinheit als auch die zweite Antriebseinheit können einen Luft-Zylinder aufweisen. Andererseits können die erste Antriebseinheit und die zweite Antriebseinheit auch einen Servomotor aufweisen.
Gemäß einer weiteren Abwandlung können die erste Antriebseinheit oder die zweite Antriebseinheit einen Servomotor aufweisen und die andere der beiden Antriebseinheiten kann dann einen Luft-Zylinder aufweisen.
Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung ist ein Roboter versehen mit einer Roboterhand, die obigen Aufbau hat und mit einem Roboterarm, an dem die Roboterhand montiert ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Robotersystem mit dem obigen Roboter versehen und eine Steuerung ist eingerichtet, den Roboter zu steuern. Das Robotersystem kann weiterhin mit einem Lastsensor versehen sein, der eingerichtet ist, das Gewicht des Gegenstandes zu messen. Eine Steuerung kann die Bewegung des Ausgleichsgewichtes durch den zweiten Handarm auf Basis des mit dem Lastsensor gemessenen Gewichts des Gegenstandes steuern.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist ein Verfahren zum Steuern der oben beschriebenen Roboterhand folgende Schritte auf: Bewegen des Ausgleichsgewichtes aus der zweiten proximalen Position in die zweite distale Position mittels des zweiten Handarmes; Bewegen des Haltebauteils aus der ersten proximalen Position in die erste distale Position mittels des ersten Handarmes; und Halten des Gegenstandes durch Antrieb des Haltebauteils.
Das Verfahren kann auch die folgenden Schritte aufweisen: Messen des Gewichts des Gegenstandes beim Halten; Berechnen, auf Basis des gemessenen Gewichts des Gegenstandes, einer Zielposition, an der das Ausgleichsgewicht anzuordnen ist; und Bewegen des Ausgleichsgewichts mit dem zweiten Handarm in die Zielposition.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden noch deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung im Einzelnen mit Blick auf die Figuren.
1 ist eine schematische Darstellung eines Robotersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 ist eine perspektivische Darstellung einer Roboterhand gemäß einem Ausführungsbeispiel in einem Zustand, in dem die Roboterhand ausgestreckt ist;
3 ist eine perspektivische Darstellung der Roboterhand gemäß 2 in einem Zustand, in dem die Roboterhand zurückgezogen ist;
4 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels des Betriebsablaufs bei einer Roboterhand gemäß 2;
5 ist eine Darstellung entsprechend 1 zur Erläuterung der Funktion der Roboterhand;
6 ist eine perspektivische Darstellung einer Roboterhand gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel und zeigt einen Zustand, in dem die Roboterhand ausgestreckt ist;
7 ist eine Darstellung eines Beispiels für einen Betriebsablauf bei einer Roboterhand gemäß 6;
8 ist eine perspektivische Darstellung einer Roboterhand gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Zustand, in dem die Roboterhand ausgestreckt ist;
9 ist eine Seitenansicht einer Roboterhand gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in einem Zustand, in dem die Roboterhand ausgestreckt ist; und
10 ist eine Darstellung entsprechend 9 und zeigt einen Zustand, in dem die Roboterhand gemäß 9 zurückgezogen ist.
BESCHREIBUNG IM EINZELNEN
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die Figuren im Einzelnen beschrieben. Zunächst wird der Aufbau eines Robotersystems 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel mit Blick auf 1 näher erläutert. Das Robotersystem 10 hat einen Roboter 11, der eingerichtet ist, einen Gegenstand W, wie ein Werkstück, zu halten und zu fördern; und eine Steuerung 12 zur Steuerung des Roboters 11. Der Roboter 11 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist vertikal angelenkt mit einer Mehrzahl von Achsen. Insbesondere hat der Roboter 11 einen Roboterarm 15 mit einem unteren Arm 13, der auf einem Drehgestell 17 montiert ist, und einem vorderen Arm 14, der am unteren Arm 13 montiert ist; und eine Roboterhand 100, die an einem Gelenk 16 am distalen Ende des Roboterarms 15 montiert ist.
2 zeigt den Aufbau einer Roboterhand 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Die Roboterhand 100 hat eine Basis 103, die an dem Gelenk 16 des vorderen Armes 14 montiert ist, einen ersten Handarm 101 und einen zweiten Handarm 102, der an der Basis 103 montiert ist; einen Servomotor 104, der eingerichtet ist, den ersten Handarm 101 anzutreiben; und einen Luft-Zylinder 105, der eingerichtet ist, den zweiten Handarm 102 anzutreiben.
Im in 2 gezeigten Zustand erstreckt sich der vordere Arm 14 entlang einer ersten Achse A₁. Die Basis 103 ist über das Gelenk 16 mit dem distalen Ende des vorderen Armes 14 verbunden, wobei das Gelenk 16 ein erstes Gelenkteil 16a, ein zweites Gelenkteil 16b, und ein drittes Gelenkteil 16c aufweist, sodass es drehbar ist um die erste Achse A₁, eine zweite Achse A₂ und eine dritte Achse A₃. Die zweite Achse A₂ ist orthogonal zur ersten Achse A₁ und dreht um die erste Achse A₁. Die dritte Achse A₃ ist orthogonal zur zweiten Achse A₂ und dreht um die zweite Achse A₂.
Die Basis 103 ist drehbar um die erste Achse A₁ in Bezug auf den vorderen Arm 14, und zwar mittels des ersten Gelenkteils 16a, das an einem Ende des vorderen Armes 14 in Richtung der ersten Achse A₁ angeordnet ist. Die Basis 103 ist drehbar um die zweite Achse A₂ in Bezug auf den vorderen Arm 14, und zwar mittels des zweiten Gelenkteils 16b, das in Richtung der ersten Achse A₁ auf einer Seite des ersten Gelenkteils 16a angeordnet ist. Die Basis 103 ist weiterhin drehbar um die dritte Achse A₃ in Bezug auf den vorderen Arm 14, und zwar mittels des dritten Gelenkteils 16c, das in Richtung der dritten Achse A₃ auf einer Seite des zweiten Gelenkteils 16b angeordnet ist.
Ein Kugelgewinde-Gehäuse 106 erstreckt sich von der Basis 103 in positiver Richtung einer vierten Achse A₄ (eine Richtung, die in 2 durch den Pfeil an der vierten Achse A₄ markiert ist) und ist an einer Seite der Basis 103 in Richtung der dritten Achse fixiert. Die vierte Achse A₄ dreht um die erste Achse A₁, die zweite Achse A₂ und die dritte Achse A₃.
Das Gehäuse 106 des Kugelgewindetriebs ist hohl und kastenförmig mit einem quadratischen Querschnitt, wobei die Längsachse in Richtung der vierten Achse A₄ ausgerichtet ist. Ein Kugelgewindetrieb (nicht dargestellt) mit einer Spindelwelle erstreckt sich entlang der vierten Achse A₄ und ist im Innenraum des Kugelgewindegehäuses 106 aufgenommen. Das Ende des Kugelgewindetriebs in positiver Richtung der vierten Achse A₄ ist mit einer Ausgangswelle (nicht gezeigt) des Servomotors 104 verbunden. Eine Öffnung (nicht gezeigt), die sich entlang der vierten Achse A₄ erstreckt, ist in einer Stirnfläche 107 des Kugelgewindegehäuses 106 ausgeformt.
Der erste Handarm 101 weist auf: ein Verbindungsgehäuse 108, das der Stirnfläche 107 des Kugelgewindegehäuses 106 gegenüberliegend montiert ist; ein Motorgehäuse 109, das auf Seiten des Verbindungsgehäuses 108 in positiver Richtung der vierten Achse A₄ befestigt ist; ein Wellengehäuse 110, das sich vom Verbindungsgehäuse 108 in negativer Richtung der vierten Achse A₄ erstreckt; und ein Haltebauteil 111, das auf der Seite des Wellengehäuses 110 in negativer Richtung der vierten Achse A₄ angeordnet ist. Das Verbindungsgehäuse 108 ist hohl und kastenförmig und enthält ein Verbindungsteil (nicht gezeigt) in seinem Innenraum, wobei das Verbindungsteil mit dem Kugelgewindegehäuse 106 verbunden ist.
Das Verbindungsteil steht durch die in der Endfläche 107 des Gehäuses 106 des Kugelgewindetriebs ausgeformte Öffnung mit der Schraubspindel in Eingriff und wird durch das Kugelgewindegehäuse 106 so abgestützt, dass es in Richtung der vierten Achse A₄ bewegbar ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird Drehbewegung der Gewindespindel in Bewegung des Gehäuses 108 des Verbindungsteils entlang der vierten Achse A₄ umgewandelt. Wird die Schraubspindel um die vierte Achse A₄ in einer Richtung gedreht, wird das mit der Schraubspindel in Eingriff stehende Verbindungsteil in negativer Richtung der vierten Achse A₄ angetrieben. Mit dieser Bewegung des Verbindungsteils wird das Verbindungsteil-Gehäuse 108 in negativer Richtung der vierten Achse A₄ bewegt. Wenn die Schraubspindel um die vierte Achse A₄ in der anderen Richtung gedreht wird, wird entsprechend das Verbindungsteil in positiver Richtung der vierten Achse A₄ angetrieben und im Ergebnis wird das Verbindungsteil-Gehäuse 108 in positiver Richtung der vierten Achse A₄ bewegt. Auf diese Weise führt das Verbindungsteil-Gehäuse 108 entlang der vierten Achse A₄ Hin- und Herbewegungen bei Drehung der Schraubspindel aus.
Das Motorgehäuse 109 ist hohl und kastenförmig und nimmt einen Motor (nicht gezeigt) auf, der eingerichtet ist, das Halteteil 111 in seinem Innenraum anzutreiben. Das Spindelgehäuse 110 ist hohl und kastenförmig und nimmt eine erste Welle 112 und eine zweite Welle 113 auf, die sich in dessen Innenraum entlang der vierten Achse A₄ erstrecken. Die Enden der beiden Wellen 112, 113 in positiver Richtung der vierten Achse A₄ sind mechanisch über einen Getriebemechanismus mit der Ausgangswelle des im Motorgehäuse 109 aufgenommenen Motors verbunden.
Wird die Ausgangswelle des Motors gedreht, drehen die erste Welle und die zweite Welle 113 um die vierte Achse A₄, und zwar aufgrund des Getriebemechanismus in entgegengesetzten Richtungen. Die erste Welle 112 bzw. die zweite Welle 113 erstrecken sich von ihren Enden in positiver Richtung der vierten Achse und in negativer Richtung der vierten Achse A₄, laufen durch den Innenraum des Verbindungsteil-Gehäuses 108 und des Wellen-Gehäuses 110, und erstrecken sich durch ein erstes Durchgangsloch 115 und ein zweites Durchgangsloch 116 in der Endfläche 114 des Wellen-Gehäuses 110 in negativer Richtung der vierten Achse nach außen.
Das Halteteil 111 ist an den distalen Enden der ersten Welle 112 und der zweiten Welle 113 montiert. Im Einzelnen enthält das Halteteil 111 einen ersten, an der ersten Welle 112 befestigten Greifer 117, und einen zweiten, an der zweiten Welle 113 befestigten Greifer 118. Der erste Greifer 117 und der zweite Greifer 118 sind jeweils nach außen gekrümmt.
Wie oben beschrieben, werden die Wellen 112 und 113 mittels des im Motorgehäuse 109 untergebrachten Motors angetrieben und in entgegengesetzten Richtungen gedreht. Entsprechend können die Spitzen der Greifer 117 und 118 in Richtung aufeinander zu und in Richtung voneinander weg bewegt werden. Gemäß diesem Aufbau kann das Halteteil 111 den Gegenstand W mittels der Greifer 117 und 118 erfassen und halten und den Gegenstand W auch freigeben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Lastsensor 122 zum Messen des Gewichts des Gegenstandes W zwischen dem Halteteil 111 und den Wellen 112 und 113 angeordnet. Der Lastsensor 122 gewinnt Informationen bezüglich des Gewichts des Gegenstandes W entsprechend einem Befehl der Steuerung 12 wenn das Halteteil 111 den Gegenstand W anhebt und überträgt diese Information an die Steuerung 12. Der Lastsensor 122 wird weiter unten näher beschrieben.
Der Luft-Zylinder 105 ist auf einer oberen Fläche 119 des Kugelgewinde-Gehäuses 106 auf der Seite der Basis 103 montiert, die in positiver Richtung der vierten Achse A₄ weist. Der Luft-Zylinder 105 enthält einen Kolben (nicht gezeigt), der durch Luftdruck in Richtung der vierten Achse A₄ angetrieben wird. Wird der Luftdruck im Luft-Zylinder 105 mit einem Kompressor (nicht gezeigt), der außerhalb der Vorrichtung angeordnet ist, erhöht, wird der Kolben in positiver Richtung der vierten Achse A₄ angetrieben. Wird andererseits der Luftdruck im Luft-Zylinder 105 durch den Kompressor abgesenkt, wird der Kolben in negativer Richtung der vierten Achse A₄ angetrieben.
Der zweite Handarm 102 hat eine Armplatte 120, die sich entlang der vierten Achse A₄ erstreckt, und ein Ausgleichsgewicht 121, das an der Armplatte 120 befestigt ist. Die Armplatte 120 ist so ausgelegt, dass sie entlang der vierten Achse A₄ auf der Oberseite des Luft-Zylinders 105 bewegbar ist. Die Armplatte 120 ist mechanisch mit dem in dem Luft-Zylinder 105 angeordneten Kolben verbunden. Wie oben beschrieben, wird der Kolben entlang der vierten Achse A₄ durch den Luftdruck im Luft-Zylinder 105 hin und her bewegt. Deshalb bewegt sich die Armplatte 120 ebenfalls entlang der vierten Achse A₄ zusammen mit dem Kolben hin und her.
Das Ausgleichsgewicht 121 hat rechtwinklige prismatische Form und ein vorgegebenes Gewicht. Das Ausgleichsgewicht 121 ist auf der oberen Fläche des Armplatte 120 an deren Ende in positiver Richtung der vierten Achse A₄ befestigt. Das Ausgleichsgewicht 221 bewegt sich mittels des Luft-Zylinders 105 zusammen mit der Armplatte 120 entlang der vierten Achse A₄ hin und her.
Die in 2 gezeigte Roboterhand 100 ist im ausgestreckten Zustand eingerichtet, den Gegenstand W zu halten. In dem ausgestreckten Zustand bringt der erste Handarm 101 der Roboterhand 100 das Halteteil 111 in eine erste distale Stellung entfernt von der Basis 103 in positiver Richtung der vierten Achse A₄. In diesem Zustand ist das im Verbindungsteilgehäuse 108 aufgenommene Verbindungsteil in einer Position, die nahe ist dem Ende der Schraubspindel im Schraubspindelgehäuse 106 in negativer Richtung der vierten Achse A₄.
Im Ergebnis wird damit das Verbindungsteilgehäuse 108 in Bezug auf das Kugelgewindegehäuse 106 so positioniert, dass das Ende des Verbindungsteilgehäuses 108 in negativer Richtung der vierten Achse A₄ nahe dem Ende des Kugelgewindegehäuses 106 in negativer Richtung der vierten Achse A₄ angeordnet ist. Ist das Verbindungsteilgehäuse 108 auf diese Weise positioniert, dann ist das in negativer Richtung der vierten Achse A₄ am Wellengehäuse 110 befestigte Halteteil 111 in der ersten distalen Position in negativer Richtung der vierten Achse A₄ entfernt von der Basis 103 angeordnet.
Andererseits bringt im ausgestreckten Zustand gemäß 2 der zweite Handarm 102 der Roboterhand 100 das Ausgleichsgewicht 121 in eine zweite Distalposition in positiver Richtung der vierten Achse A₄ von der Basis 103 weg. Beim Bewegen des Ausgleichsgewichts 121 in die zweite distale Position wird der im Luft-Zylinder 105 eingeschlossene Kolben durch Luftdruck angetrieben und in positiver Richtung bezüglich der vierten Achse A₄ an das Ende des Luft-Zylinders 105 gebracht.
Im Ergebnis wird die Armplatte 120 in Bezug auf den Luft-Zylinder 105 so positioniert, dass das in negativer Richtung der vierten Achse A₄ gelegene Ende der Armplatte 120 nahe dem in positiver Richtung der vierten Achse A₄ gelegenen Ende des Luft-Zylinders 105 ist. Wird die Armplatte 120 so positioniert, dann wird das am in positiver Richtung der vierten Achse A₄ gelegenen Ende der Armplatte 120 befestigte Ausgleichsgewicht 121 in der zweiten distalen Position angeordnet, die in positiver Richtung der vierten Achse A₄ weiter von der Basis 103 entfernt ist.
Nunmehr wird mit Bezug auf 3 der zurückgezogene Zustand der Roboterhand 100 beschrieben. Im zurückgezogenen Zustand der Roboterhand 100 gemäß 3 bringt der erste Handarm 101 der Roboterhand 100 das Halteteil 111 in eine erste proximale Position nahe der Basis 103. In diesem Zustand, in dem das Halteteil 111 in der ersten proximalen Position angeordnet ist, ist das im Verbindungsteilgehäuse 108 aufgenommene Verbindungsteil in einer Position nahe dem in positiver Richtung der vierten Achse A₄ gelegenen Ende der Schraubspindel im Kugeltriebgehäuse 106.
Im Ergebnis ist das Verbindungsteilgehäuse 108 in Bezug auf das Kugeltriebgehäuse 106 so positioniert, dass das in positiver Richtung der vierten Achse A₄ gelegene Ende des Verbindungsteilgehäuses 108 nahe dem in positiver Richtung der vierten Achse A₄ gelegenen Ende des Kugeltriebgehäuses 106 angeordnet ist. Ist das Verbindungsteilgehäuse 108 auf diese Weise positioniert, dann ist das auf dem Wellengehäuse befestigte Halteteil 111 in der ersten proximalen Position angeordnet, die näher an der Basis 103 liegt als die erste distale Position. Deshalb ist bei diesem Ausführungsbeispiel der erste Handarm 101 in der Lage, das Halteteil 111 zwischen der ersten distalen Position und der ersten proximalen Position zu bewegen, wobei Letztere näher an der Basis 103 liegt als die erste distale Position.
Andererseits bringt im in 3 gezeigten zurückgezogenen Zustand der zweite Handarm 102 der Roboterhand 100 das Ausgleichsgewicht 121 in eine zweite proximale Position nahe der Basis 103. In diesem Zustand ist der im Luft-Zylinder 105 eingeschlossene Kolben am in negativer Richtung der vierten Achse A₄ gelegenen Ende des Luft-Zylinders 105 angeordnet.
Im Ergebnis ist die Armplatte 120 in Bezug auf den Luft-Zylinder 105 so angeordnet, dass das in negativer Richtung der vierten Achse A₄ gelegene Ende der Armplatte 120 nahe dem in negativer Richtung der vierten Achse A₄ gelegenen Ende des Luft-Zylinders 105 angeordnet ist. Wird die Armplatte 120 auf diese Weise positioniert, ist das am in positiver Richtung der vierten Achse A₄ gelegene Ende der Armplatte 120 in der zweiten proximalen Position angeordnet, die näher an der Basis 103 liegt als die zweite distale Position. Somit ist bei diesem Ausführungsbeispiel der zweite Handarm 102 in der Lage, das Ausgleichsgewicht 121 zwischen der zweiten distalen Position und der zweiten proximalen Position zu bewegen, wobei letztere näher an der Basis 103 liegt als die zweite distale Position.
Nunmehr wird der Betriebsablauf der Roboterhand 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit Bezug auf 4 beschrieben. Der in 4 beschriebene Betriebsablauf startet, wenn die Steuerung 12 von einer Master-Steuerung oder einer Bedienungsperson einen Befehl erhält zum Fördern des Gegenstandes W.
Wenn die Steuerung 12 in Schritt S1 einen Befehl zum Fördern des Gegenstandes W erhält, bringt die Steuerung den Roboterarm 15 dazu, die Roboterhand 100 in eine Arbeitsposition zum Halten des Gegenstandes W zu bringen. Hierzu liest die Steuerung 12 ein zuvor in einem Speicher in der Steuerung 12 abgelegtes Roboterprogramm. Dann bewegt die Steuerung 12 den Roboterarm 15 gemäß dem Roboterprogramm so, dass die Roboterhand 100 in eine Position nahe dem Gegenstand W kommt.
In Schritt S2 bewegt die Steuerung 12 das Ausgleichsgewicht 121 (auch als Ausgleichs-Gegengewicht zu bezeichnen) in die zweite distale Position. Dabei steuert die Steuerung 12 den Kompressor so, dass der Luftdruck im Luft-Zylinder 105 ansteigt. Hierdurch wird der Kolben in dem Luft-Zylinder 105 in positiver Richtung der vierten Achse A₄ getrieben und die Armplatte 120 wird auch zusammen mit dem Kolben in positiver Richtung der vierten Achse A₄ bewegt. Im Ergebnis wird das Ausgleichsgewicht 121 in Richtung auf die zweite distale Position bewegt. Somit dient bei diesem Ausführungsbeispiel der Luft-Zylinder 105 als zweite Antriebseinheit, die eingerichtet ist, das Halteteil 111 zwischen der zweiten distalen Position und der zweiten proximalen Position zu bewegen.
In Schritt S3 prüft die Steuerung 12, ob das Ausgleichsgewicht 121 in der zweiten distalen Position angeordnet ist oder nicht. Beispielsweise gewinnt die Steuerung 12 Daten bezüglich einer Verschiebung der Armplatte 120 von einem Positionssensor, der im zweiten Handarm 101 angeordnet ist, um eine Verschiebung der Armplatte 120 zu detektieren, und bestimmt damit, ob das Ausgleichsgewicht 121 in der zweiten distalen Position angeordnet ist. Stellt die Steuerung 12 diesbezüglich „JA” fest, geht der Betriebsablauf zu Schritt S4. Stellt die Steuerung andererseits „NEIN” fest, geht der Betriebsablauf zurück zu Schritt S2.
In Schritt S4 bewegt die Steuerung 12 das Halteteil 111 in die erste distale Position. Dabei veranlasst die Steuerung 12 den Servomotor 104, die Gewindespindel des Kugeltriebes in dem Kugeltriebgehäuse 106 zu drehen. Wie oben beschrieben, wird eine Drehbewegung der Gewindespindel umgesetzt in eine Bewegung des Verbindungsgehäuses 108 entlang der vierten Achse A₄.
Durch diese Vorgänge werden das Wellengehäuse 110, das Motorgehäuse 109 und die am Verbindungsteilgehäuse 108 befestigten Wellen 112 und 113 zusammen mit dem Verbindungsteilgehäuse 108 in negativer Richtung der vierten Achse A₄ bewegt. Im Ergebnis wird das Halteteil 111 in Richtung der ersten distalen Position bewegt. Somit wirken bei diesem Ausführungsbeispiel der Servomotor 104 und der Kugeltrieb als erste Antriebseinheit, die ausgelegt ist, das Halteteil 111 zwischen der ersten distalen Position und der ersten proximalen Position zu bewegen.
In Schritt S5 prüft die Steuerung 12, ob das Halteteil 111 in der ersten distalen Position ist oder nicht. Beispielsweise bestimmt die Steuerung 112, dass das Halteteil 11 in der ersten distalen Position ist auf Basis der Anzahl von Drehungen des Servomotors 104.
Andererseits kann die Steuerung 12 Informationen bezüglich einer Verschiebung des Verbindungsteiles über einen Positionssensor zum Detektieren der Verschiebung des Verbindungsteiles im Verbindungsteilgehäuse 108 gewinnen und so auf Basis dieser Information bestimmen, ob das Halteteil 111 sich in der ersten distalen Position befindet. Stellt die Steuerung 12 fest „JA”, geht der Betriebsablauf zu Schritt S6. Wenn andererseits die Steuerung 12 feststellt „NEIN”, geht der Betriebsablauf zurück zu Schritt S4.
In Schritt S6 prüft die Steuerung 12, ob das Halteteil 111 den Gegenstand W hält. Dabei veranlasst die Steuerung 12 den Roboterarm 15, das Halteteil 111 zu der Position des Gegenstandes W zu bringen. Dann steuert die Steuerung 12 den im Motorgehäuse 109 angeordneten Motor zum Drehen der Wellen 112 und 113 in einander entgegengesetzte Richtungen. Drehen die Wellen 112 und 113 auf diese Weise, werden die Greifer 117 und 118 aufeinander zubewegt und halten dann den Gegenstand W zwischen sich.
In Schritt S7 prüft die Steuerung 12, ob das Halteteil 111 den Gegenstand W hält oder nicht. Beispielsweise bestimmt die Steuerung 12, ob das Halteteil 111 den Gegenstand W hält auf Basis von Information seitens des Lastsensors 122. Stellt die Steuerung 112 „JA” fest, geht der Betriebsablauf weiter zu Schritt S8. Stellt die Steuerung 12 andererseits „NEIN” fest, geht der Betriebsablauf zurück zu Schritt S6.
In Schritt S8, bewegt die Steuerung 12 das Halteteil 111 In die erste proximale Position. Dabei steuert die Steuerung 12 den Servomotor 104 zu einer Drehung der Gewindespindel im Kugeltrieb-Gehäuse 106 in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung gemäß Schritt S4. Im Ergebnis wird das Halteteil 111 in Richtung auf die erste proximale Position bewegt.
In Schritt S9 prüft die Steuerung 12, ob das Halteteil 111 sich in der ersten proximalen Position befindet oder nicht. Stellt die Steuerung 12 „JA” fest, geht der Betriebsablauf weiter zu Schritt S10. Stellt die Steuerung 12 andererseits „NEIN” fest, geht der Betriebsablauf zurück zu Schritt S8.
In Schritt S10 bewegt die Steuerung 12 das Ausgleichsgewicht 121 in die zweite proximale Position. Dabei steuert die Steuerung 12 den Kompressor für eine Absenkung des Luftdruckes im Luft-Zylinder 105. Hierdurch wird der Kolben im Luft-Zylinder 105 in negativer Richtung der vierten Achse A₄ getrieben. Im Ergebnis wird das Ausgleichsgewicht 121 in Richtung auf die zweite proximale Position bewegt.
In Schritt S11 prüft die Steuerung 12, ob das Ausgleichsgewicht 121 sich in der zweiten proximalen Position befindet oder nicht. Stellt die Steuerung 12 „JA” fest, geht der Betriebsablauf zu Schritt S12. Stellt die Steuerung 12 andererseits „NEIN” fest, geht der Betriebsablauf zurück zu Schritt S10.
In Schritt S12, betätigt die Steuerung 12 den Roboterarm 15 für eine Bewegung der Roboterhand 100 in eine Arbeitsposition zum Freigeben des Gegenstandes W. Dabei liest die Steuerung 12 aus dem zuvor gespeicherten Roboterprogramm. Sodann bewegt die Steuerung 12 den Roboterarm 15 entsprechend dem Roboterprogramm derart, dass die Roboterhand 11 in eine Position gebracht wird, wo der Gegenstand W freizugeben ist.
In Schritt S13 steuert die Steuerung 12 das Halteteil 112 für eine Freigabe des Gegenstandes W. Dabei bringt die Steuerung 12 zunächst den Roboterarm 15 dazu, das Halteteil 111 in eine Position zu bringen, wo der Gegenstand W abzusetzen ist. Dann dreht die Steuerung 12 den im Motorgehäuse 109 aufgenommenen Motor in einer Richtung umgekehrt im Vergleich zu Richtung gemäß Schritt S6. Durch diese Operation werden die Greifer 117 und 118 in Richtung voneinander weg bewegt. Im Ergebnis wird der von den Greifern 117 und 118 gehaltene Gegenstand W vom Halteteil 111 freigegeben und in einer vorgegebenen Zielposition abgesetzt. Somit ist der Gegenstand W in die gewünschte Zielposition gefördert.
In Schritt S14 prüft die Steuerung 12, ob das Halteteil 111 den Gegenstand W freigegeben hat oder nicht. Beispielsweise bestimmt die Steuerung 12 auf Basis von Informationen seitens des Lastsensors 122, dass das Halteteil 111 den Gegenstand W freigegeben hat. Stellt die Steuerung 12 „JA” fest, geht der Betriebsablauf weiter zu Schritt S15. Stellt die Steuerung 12 andererseits „NEIN” fest, geht der Betriebsablauf zurück zu Schritt S13.
In Schritt S15, bewegt die Steuerung 12 den Roboterarm 15 in die Ausgangsposition. Dabei bewegt die Steuerung 12 den Roboterarm 15 in die Ausgangsposition vor Schritt S1. In Schritt S16 prüft die Steuerung 12, ob sie einen nachfolgenden Befehl für eine Förderung eines anderen Gegenstands erhalten hat. Stellt die Steuerung 12 „NEIN” fest, geht der Betriebsablauf zu Ende. Stelle die Steuerung 12 andererseits „JA” fest, geht der Betriebsablauf zu Schritt S1.
Mit der Roboterhand 100 dieses Ausführungsbeispiels ist es möglich, die am Roboterarm 15 wirkende Last beim Transport eines Gegenstandes W zu reduzieren. Dieser vorteilhafte Effekt wird nachfolgend mit Bezug auf 5 näher beschrieben. Hebt gemäß 5 die Roboterhand 100 den Gegenstand W mit dem Halteteil 111 wirkt das Lastmoment M₁ aufgrund des Gewichtes des Gegenstandes W am Gelenk 16 am distalen Ende des Roboterarmes 15 um die Basis 103 (herum), wie durch den Pfeil M₁ in 5 dargestellt ist. Das Lastmoment M₁ hängt ab vom Abstand d₁ zwischen dem Schwerpunkt des Gegenstandes W und der Basis 103 und dem Gewicht des Gegenstandes W.
Ist der Gegenstand W schwer oder an einer Position weit entfernt von der Basis 103, wird das Lastmoment M₁ am Gelenk 16 größer. Im Ergebnis steigt auch die am Roboterarm 15 wirkende Last.
Deshalb ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Roboterhand 100 so aufgebaut, dass das Ausgleichsgewicht 121 an der zweiten distalen Position angeordnet wird, um das beim Halten vom Gegenstand W erzeugte Lastmoment zu reduzieren. Dabei bringt die Roboterhand 100 zunächst das Ausgleichsgewicht 121 mittels des zweiten Handarmes 102 in die zweite distale Position und bringt das Halteteil 111 mittels des ersten Handarmes 101 in die erste distale Position und hält dann den Gegenstand mit dem Halteteil 111.
Dann wirkt das vom Ausgleichsgewicht 121 verursachte Lastmoment M₂ am Gelenk 16, das am distalen Ende des Roboterarmes 15 angeordnet ist, und zwar um die Basis 103 (herum), wie durch den Pfeil M₂ in 5 dargestellt ist. Das Lastmoment M₂ hängt ab vom Abstand d₂ zwischen dem Schwerpunkt des Ausgleichsgewichts 121 und der Basis 103 und vom Gewicht des Ausgleichsgewichts 121. Da das Lastmoment M₁ um das Lastmoment M₂ reduziert wird, ist es möglich, einen schweren Gegenstand W oder einen Gegenstand W mit großem Abstand von der Basis 103 zu halten und dabei die Last am Gelenk 16 und am Roboterarm 15 gering zu halten.
Wie oben beschrieben, bringt bei diesem Ausführungsbeispiel die Roboterhand 100 beim Halten des Gegenstandes W mit dem Halteteil 111 das Ausgleichsgewicht 121 zunächst in die zweite distale Position. Sodann bringt die Roboterhand 100 das Halteteil 111 in die erste distale Position und somit wird die Roboterhand 100 in den ausgestreckten Zustand gebracht. Nach dem Halten und Anheben des Gegenstandes W mit dem Halteteil 111 bringt die Roboterhand 100 das Halteteil 111 zunächst in die erste proximale Position. Sodann bringt die Roboterhand 100 das Ausgleichsgewicht 121 in die zweite proximale Position, sodass sich die Roboterhand 100 im zurückgezogenen Zustand befindet. Durch Ausstrecken und Zurückziehen der Roboterhand in dieser Reihenfolge ist es möglich, beim Anheben des Gegenstandes W in sicherer Weise die Wirkung des Lastmomentes M₁ am Roboterarm 15 zu reduzieren. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Roboterhand 100 in der Lage, den Gegenstand W im zurückgezogenen Zustand zu einer Zielposition zu fördern, wobei sowohl das Halteteil 111 als auch das Ausgleichsgewicht 121 in den proximalen Positionen angeordnet sind. Durch Förderung des Gegenstandes W im zurückgezogenen Zustand der Roboterhand 100, wie oben beschrieben, ist es möglich, das Last-Trägheitsmoment der Roboterhand 100 und des Gegenstandes W beim Fördern zu reduzieren. Deshalb ist es möglich, den Gegenstand W mit entsprechend größerer Geschwindigkeit durch den Roboter 11 zu fördern.
Da bei diesem Ausführungsbeispiel die Roboterhand 100 den Gegenstand W im zurückgezogenen Zustand transportieren kann, ist es weiterhin möglich, den Raum zu reduzieren, den die Roboterhand 100 beim Fördern des Gegenstandes W überstreicht. Damit ist es möglich, eine Kollision der Roboterhand 100 mit anderen Gegenständen beim Fördern des Gegenstandes W zu verhindern.
Da bei diesem Ausführungsbeispiel das Lastmoment M₁ aufgrund des Gegenstandes W reduziert ist, ist es weiter möglich, den Gegenstand W sehr stabil zu halten. Vibrationen der Roboterhand 100 können beim Fördern des Gegenstandes W so besser vermieden werden. Damit ist es auch möglich, den Gegenstand W mit hoher Genauigkeit zur gewünschten Position zu fördern.
Nunmehr wird mit Blick auf 6 eine Roboterhand 200 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel beschrieben. Dem obigen Ausführungsbeispiel entsprechende Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, sodass eine wiederholte Beschreibung unterbleiben kann. Die Roboterhand 200 hat eine Basis 103; einen ersten Handarm 101; einen zweiten Handarm 102; einen Servomotor 104; und einen zweiten Servomotor 204, der eingerichtet ist, den zweiten Handarm 102 anzutreiben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der zweite Handarm 102 durch den Servomotor 204 entlang der vierten Achse A₄ angetrieben. Hierzu hat die Roboterhand 200 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein zweites Kugelgewindetrieb-Gehäuse 206 auf der in positiver Richtung der vierten Achse A₄ gelegenen Seite der Basis 103. Das Kugelgewindetrieb-Gehäuse 206 ist auf einer oberen Fläche des ersten Kugelgewindetrieb-Gehäuses 106 fixiert und erstreckt sich von der Basis 103 in positiver Richtung der vierten Achse A₄.
Das zweite Kugelgewindetrieb-Gehäuse 206 ist ein hohles, kastenförmiges Teil mit einem rechtwinkligen Querschnitt, wobei seine Longitudinalrichtung in Richtung der vierten Achse A₄ ausgerichtet ist. Ein zweiter Kugelgewindetrieb mit einer zweiten Schraubspindel (nicht gezeigt) erstreckt sich entlang der vierten Achse A₄ und ist im Innenraum des zweiten Kugelgewindetrieb-Gehäuses 206 aufgenommen. Das in positiver Richtung der vierten Achse A₄ gelegene Ende der zweiten Schraubspindel ist mit einer Ausgangswelle (nicht gezeigt) des Servomotors 204 verbunden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel hat die Armplatte 120 des zweiten Handarmes 102 ein zweites Verbindungsteil (nicht gezeigt), das mechanisch mit dem zweiten Kugelgewindetrieb-Gehäuse 206 verbunden ist. Das zweite Verbindungsteil kommt mit der zweiten Schraubspindel in Eingriff und wird durch das zweite Kugelgewindetrieb-Gehäuse 206 so abgestützt, dass es entlang der vierten Achse A₄ bewegbar ist. Eine Drehbewegung der zweiten Schraubspindel wird in Bewegung der Armplatte 120 entlang der vierten Achse A₄ umgesetzt, so wie bei dem oben beschriebenen ersten Handarm 101.
Im Einzelnen: wird die zweite Schraubspindel um die vierte Achse A₄ in einer Richtung gedreht, wird das mit der zweiten Schraubspindel in Eingriff stehende Verbindungsteil in positiver Richtung der vierten Achse A₄ angetrieben. Mit dieser Bewegung des zweiten Verbindungsteils wird auch die Armplatte 120 in positiver Richtung der vierten Achse A₄ bewegt. Wird die zweite Schraubspindel in der anderen Richtung um die vierte Achse A₄ gedreht, dann wird das zweite Verbindungsteil in negativer Richtung der vierten Achse A₄ angetrieben und im Ergebnis wird die Armplatte 120 in negativer Richtung der vierten Achse A₄ bewegt.
Auf diese Weise führt die Armplatte 120 Hin- und Her-Bewegungen entlang der vierten Achse A₄ aus wenn die zweite Schraubspindel gedreht wird. Somit dienen bei diesem Ausführungsbeispiel der zweite Servomotor 204 und der zweite Kugelgewindetrieb als zweite Antriebseinheit, die eingerichtet ist, das Ausgleichsgewicht 121 zwischen der zweiten distalen Position und der zweiten proximalen Position bewegen.
Nunmehr wird der Betriebsablauf bei der in 6 dargestellten Roboterhand 200 mit Blick auf 7 beschrieben. Da die Schritte S1 bis S9 und S12 bis S16 gemäß 7 die Gleichen sind wie die entsprechenden Schritte gemäß 4, kann auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet werden.
Im Betriebsablauf dieses Ausführungsbeispieles misst nach Schritt S7 die Steuerung 12 das Gewicht des Gegenstandes W in Schritt S21. Dabei empfängt die Steuerung 12 Informationen bezüglich des Gewichtes des Gegenstandes W vom Lastsensor 122 und speichert diese Informationen in einem Speicher in der Steuerung 12.
In Schritt S22 berechnet die Steuerung 12 eine Position, in der das Ausgleichsgewicht 121 anzuordnen ist. Dieser Schritt S22 soll nun näher beschrieben werden. In einer Produktionslinie kann es erforderlich sein, Gegenstände W mit unterschiedlichen Gewichten zu fördern. In diesem Falle kann das am Roboterarm 15 wirkende Lastmoment M₁ von Gegenstand zu Gegenstand variieren. Um dabei das auf diese Weise variierende Lastmoment M₁ durch das Lastmoment M₂ des Ausgleichsgewichts 121 zu reduzieren, ist es erforderlich, den Abstand d₂ der Gegenstände W zu steuern.
Deshalb misst bei diesem Ausführungsbeispiel die Steuerung 12 in Schritt S21 das Gewicht des Gegenstandes W mittels der Lastsensors 122 und in Schritt S22 berechnet die Steuerung 12 den Abstand d₂, mit dem das Lastmoment M₁ wirksam unter Berücksichtigung des Gewichts des Gegenstandes W reduziert werden kann. Beispielsweise berechnet die Steuerung 12 den Abstand d₂ so, dass die Gleichung: M₁d₁ ² ≈ M₂d₂ ² erfüllt ist. Sodann bestimmt die Steuerung 12 auf Basis des Rechenergebnisses bezüglich der Distanz d₂ den Verschiebungsbetrag, um den der zweite Handarm 102 in positiver Richtung der vierten A₄ zu bewegen ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel fördert die Roboterhand 200 den Gegenstand W nach Anordnung des Halteteils 111 im Schritt S9 in der ersten proximalen Position. In Schritt S22 berechnet die Steuerung 12 den Abstand d₂, bei dem das durch den Gegenstand W auf den Roboterarm 15 ausgeübte Lastmoment M₁ reduziert werden kann wenn das Halteteil 111 in der ersten proximalen Position angeordnet ist. Nach Schritt S22 setzt die Steuerung 12 das Verfahren mit Schritt S8 fort.
Nach Schritt S9, in Schritt S23, bewegt die Steuerung 12 das Ausgleichsgewicht 121 in die in Schritt S22 berechnete Position. Im Einzelnen treibt dabei die Steuerung 12 den zweiten Servomotor 204 entsprechend der in Schritt S22 bestimmten Verschiebung des zweiten Haltearmes 102 und bewegt so die Armplatte 120 des zweiten Handarmes 102 entlang der vierten Achse A₄.
In Schritt S24 bestimmt die Steuerung 12, ob das Ausgleichsgewicht 121 in die Zielposition gebracht worden ist. Hierfür gewinnt die Steuerung 12 beispielsweise Informationen bezüglich einer Verschiebung der Armplatte 120 von einem Positionssensor, der im zweiten Handarm 102 angeordnet ist, um eine Verschiebung der Armplatte 120 zu detektieren und bestimmt so, ob das Ausgleichsgewicht 121 in der Zielposition angeordnet ist. Stellt die Steuerung 12 hierzu ”JA” fest, geht das Verfahren zu Schritt S12. Stellt die Steuerung 12 andererseits ”NEIN” fest, geht das Verfahren zurück zu Schritt S2 und die Schleife der Schritte S23 bis S24 wird solange ausgeführt, bis das Ausgleichsgewicht 121 sich in der Zielposition befindet.
Auf diese Weise steuert bei diesem Ausführungsbeispiel die Steuerung 12 die Bewegung des Ausgleichsgewichtes 121 auf Basis des Gewichtes des Gegenstandes W, das mit dem Lastsensor 122 gemessen wird. Hierdurch ist es auch dann, wenn die Gewichte der zu fördernden Gegenstände W sich voneinander unterscheiben, möglich, das am Roboterarm 15 wirkende Lastmoment M₁ um das Lastmoment M₂ entsprechend den unterschiedlichen Lastmomenten M₁ zu reduzieren. Damit ist es auch möglich, die Roboterhand 200 dieses Ausführungsbeispieles bei einer größeren Vielfalt von Produktionslinien einzusetzen, da die Rotoberhand 200 eine Vielzahl unterschiedlicher Gegenstände fördern kann.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Antriebseinheiten zum Antrieb des ersten Handarmes 101 und des zweiten Handarmes 102 durch Servomotoren gebildet. Dies macht es möglich, den ersten Handarm 101 und den zweiten Handarm 102 mit hoher Geschwindigkeit anzutreiben. Auch ist es in einfacher Weise möglich, den Betrieb des ersten Handarmes 101 und des zweiten Handarmes 102 zu synchronisieren.
Nunmehr wird eine Roboterhand 300 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit Bezug auf 8 näher beschrieben. Die den obigen Ausführungsbeispielen entsprechenden Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und es kann auf eine wiederholte Beschreibung insoweit verzichtet werden. Die Rotoberhand 300 hat ein Gestell 103; einen ersten Handarm 101; einen zweiten Handarm 102; einen Luftzylinder 105; und einen Luftzylinder 304, der eingerichtet ist, den ersten Handarm 101 anzutreiben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der erste Handarm 101 durch den Luftzylinder 304 in negativer Richtung der vierten Achse A₄ angetrieben. Der Luftzylinder 304 ist auf einem Block 306 befestigt, der sich von dem Gestell 103 in positiver Richtung der vierten Achse A₄ erstreckt, und zwar auf Seiten des Motorgehäuses 109 in positiver Richtung der vierten Achse A₄. Der Luftzylinder 304 hat einen zweiten Kolben (nicht gezeigt), der in dem Luftzylinder 304 angeordnet ist, und eine Zylinderwelle 304a, die an dem zweiten Kolben befestigt ist.
Die Zylinderwelle 304a erstreckt sich, ausgehend vom Luftzylinder 304, in negativer Richtung der vierten Achse A₄ und ist an der Stirnfläche des Motorgehäuses 109 in positiver Richtung der vierten Achse A₄ befestigt. Wird der Luftdruck im Luftzylinder 304 durch einen Kompressor erhöht, wird der zweite Kolben in negativer Richtung der vierten Achse A₄ angetrieben. Wird andererseits der Luftdruck im Luftzylinder 304 mit dem Kompressor abgesenkt, wird der zweite Kolben in positiver Richtung der vierten Achse A₄ angetrieben. Die Bewegung des zweiten Kolbens wird über die Zylinderwelle 304 auf das Motorgehäuse 109 übertragen.
Ein Verbindungsteilgehäuse 108 ist so auf dem Block 306 abgestützt, dass es entlang der vierten Achse A₄ bewegbar ist. Wird das Motorgehäuse 109 durch den Luftzylinder 304 angetrieben, dann werden das Verbindungsteilgehäuse 108 und das Wellengehäuse 110 auch integral bewegt. Auf diese Weise wird der erste Handarm 101 durch den Luftzylinder 304 entlang der vierten Achse A₄ bewegt. Deshalb wirkt bei diesem Ausführungsbeispiel der Luftzylinder 304 als erste Antriebseinheit, die eingerichtet ist, ein Halteteil 111 zwischen der ersten distalen Position und der ersten proximalen Position und der ersten proximalen Position zu bewegen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Antriebseinheiten für den ersten Handarm 101 und den zweiten Handarm 102 durch Luftzylinder gebildet. Dies ermöglicht eine Feststellung der Antriebseinheit mit relativ geringen Kosten.
Nunmehr soll eine Roboterhand 400 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit Bezug auf 9 beschrieben werden. Diejenigen Komponenten, die denen der obigen Ausführungsbeispiele entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, sodass auf eine wiederholte Beschreibung insoweit verzichtet werden kann. Die Rotoberhand 400 hat ein Gestell 103; einen ersten Handarm 101; einen Luftzylinder 304; einen zweiten Handarm 402, der so auf dem Gestell 103 montiert ist, dass er entlang der vierten Achse A₄ bewegbar ist; und einen Gelenkmechanismus 403, der so gestaltet ist, dass er den zweiten Handarm 402 in Verbindung mit einer Bewegung des ersten Handarmes 101 bewegen kann.
Der zweite Handarm 402 hat eine Armplatte 420, die sich entlang der vierten Achse A₄ erstreckt; und ein Ausgleichsgewicht 121, das an der Armplatte 420 befestigt ist. Die Armplatte 420 ist auf einem Block 306 montiert, der am Gestell 103 so befestigt ist, dass er entlang der vierten Achse A₄ bewegbar ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist in der unteren Fläche der Armplatte 420 ein Eingriffsteil 412 ausgeformt.
Ein Verbindungsteilgehäuse 108 des ersten Handarmes 101 ist auf dem Block 306 so abgestützt, dass es entlang der vierten Achse A₄ bewegbar ist. Auf der oberen Fläche des Verbindungsteilgehäuses 108 ist ein Eingriffsteil 411 befestigt. Das Eingriffsteil 411 ist auf dem Block 306 angeordnet und wird zusammen mit dem Verbindungsteilgehäuse 108 bewegt.
Ein Zahnrad 413 ist zwischen dem Eingriffsteil 412 der Armplatte 420 und dem Eingriffsteil 411 angeordnet, das auf dem Verbindungsteilgehäuse 108 befestigt ist. Das Zahnrad 413 ist so auf dem Block 306 abgestützt, dass es auf dem Block 306 um eine Achse drehbar ist, die senkrecht steht zur Zeichnungsebene der 9. Das Zahnrad 413 steht sowohl mit dem Eingriffsteil 412 der Armplatte 420 als auch dem Eingriffsteil 411 in Eingriff.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Anlenkungsmechanismus 403, der eingerichtet ist, den ersten Handarm 101 und den zweiten Handarm 402 zu verknüpfen, gebildet durch das Eingriffsteil 412 der Armplatte 420, das Eingriffsteil 411 und das Zahnrad 413.
Nunmehr wird der Betrieb der Roboterhand 400 gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit Bezug auf die 9 und 10 beschrieben. Wird die Roboterhand 400 vom zurückgezogenen Zustand gemäß 10 in einen ausgestreckten Zustand gemäß 9 gebracht, wird der erste Handarm 101 mittels des Luftzylinders 304 in negativer Richtung der vierten Achse A₄ bewegt. Mit dieser Bewegung wird auch das mit dem Verbindungsteilgehäuse 108 verbundene Eingriffsteil 411 integral in negativer Richtung der vierten Achse A₄ bewegt.
Sodann wird das mit dem Eingriffsteil 411 in Eingriff stehende Zahnrad 413 aus Sicht der Vorderseite von 10 gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Wird das Zahnrad 413 auf diese Weise gegen den Uhrzeigersinn gedreht, wird das Eingriffsteil 412 der Armplatte 420 in positiver Richtung der vierten Achse A₄ angetrieben.
Im Ergebnis werden die Armplatte 420 und das an der Armplatte 420 befestigte Ausgleichsgewicht 121 integral in positiver Richtung der vierten Achse A₄ bewegt. Mit anderen Worten, bei diesem Ausführungsbeispiel fungieren das Zahnrad 413 und das mit diesem in Eingriff stehende Eingriffsteil 412 als zweite Antriebseinheit, die eingerichtet ist, den zweiten Handarm 402 anzutreiben.
Auf diese Weise macht bei diesem Ausführungsbeispiel der Verbindungsmechanismus 403 es möglich, das Ausgleichsgewicht 121 mittels des Luftzylinders 304 zusammen mit einer Bewegung des Halteteils 111 zu bewegen. Aufgrund diese Aufbaus ist es möglich, sowohl das Halteteil 111 als auch das Ausgleichsgewicht 121 mit einer einzigen Antriebsquelle anzutreiben, und zwar durch Aufteilung der Wirkung der Antriebsquelle (in diesem Falle des Luftzylinders 304) auf den ersten Handarm und den zweiten Handarm. Mit diesem Aufbau ist es möglich eine aufwändige Kraftquelle mit einer komplizierten Struktur zu vermeiden. Somit können auch die Herstellungskosten für die Roboterhand 400 reduziert werden. Es ist auch auf diese Weise möglich, das Halteteil 111 und das Ausgleichsgewicht 121 in einfacher Weise zueinander sicher zu synchronisieren.
Bei den obigen Ausführungsbeispielen wird die Roboterhand in den ausgestreckten Zustand gebracht während das Halteteil durch den ersten Handarm in negativer Richtung der vierten Achse A₄ bewegt wird und das Ausgleichsgewicht in positiver Richtung der vierten Achse A₄ bewegt wird, d. h. in einer Richtung, die entgegengesetzt ist der Bewegungsrichtung des Halteteils durch den zweiten Handarm.
Bezüglich der Reduzierung des beim Transport eines Gegenstandes auf den Roboterarm ausgeübten Momentes wird bereits durch die Bewegung des Ausgleichsgewichtes zumindest in einer Richtung, die bezüglich des Gestells dem Haltebauteil entgegengesetzt ist, das durch den Gegenstand verursachte Moment durch das Ausgleichsgewicht reduziert. Somit ist die vorliegende Erfindung nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt und lässt sich bereits dadurch verwirklichen, dass das Halteteil in negativer Richtung der vierten Achse A₄ und das Ausgleichsgewicht um irgendeinen Betrag in positiver Richtung der vierten Achse A₄ in Bezug auf das Gestell bewegt wird.
Bei den obigen Ausführungsbeispielen wird die Roboterhand nach einem Halten des Gegenstandes durch das Haltebauteil in einen zurückgezogenen Zustand gebracht, um den Gegenstand in eine Zielposition zu bringen. Jedoch ist es auch möglich, den Gegenstand mit ausgestreckter Roboterhand in die Zielposition zu bringen.
Bei den obigen Ausführungsbeispielen ist der zum Messen des Gewichtes des Gegenstandes vorgesehene Lastsensor zwischen einer Welle, auf der das Haltebauteil befestigt ist, und dem Haltebauteil angeordnet. Jedoch ist die Erfindung darauf nicht beschränkt. Der Lastsensor kann beispielsweise auch auf dem Gestell der Roboterhand oder auf dem Roboterarm angeordnet sein.
Beispielsweise können auch Biegesensoren an mehreren Stellen des Roboterarmes angeordnet werden anstelle eines Lastsensors, sodass die Steuerung eine Verbiegung des Roboterarmes detektiert, die erzeugt wird, wenn das Haltebauteil einen Gegenstand hält. Damit kann die Steuerung das Lastmoment am Roboterarm auf Basis von Biegeinformationen, die durch die Biegesensoren übertragen werden, berechnen. Bei einem solchen Aufbau kann die Steuerung nach regelmäßigen Zeitabständen Biegeinformationen von den Biegesensoren erhalten und sie kann die Position des Ausgleichsgewichtes in Echtzeit entsprechend dem am Roboterarm wirkenden Lastmoment einstellen, welches sich dauernd ändern kann.
Mit der oben beschriebenen Roboterhand ist es möglich, das am Gestell und an dem Gelenk beim Fördern eines Gegenstandes durch das Haltebauteil wirkende Lastmoment mittels des Ausgleichsgewichtes zu reduzieren. Es ist weiter möglich, sowohl das Haltebauteil als auch das Ausgleichsgewicht in proximale Positionen zu bewegen. Damit ist es möglich, dass beim Halten und Transportieren eines Gegenstandes mit dem Haltebauteil am Roboterarm wirkende Trägheitsmoment zu reduzieren.
Vorstehend wurde die Erfindung mit Blick auf einzelne Ausführungsbeispiele erläutert. Diese Ausführungsbeispiele begrenzen jedoch nicht die in den Ansprüchen definierte Erfindung. Ferner müssen nicht alle beschriebenen Kombinationen von Merkmalen bei den obigen Ausführungsbeispielen wesentlich sein für die durch die Erfindung bereitgestellte Problemlösung. Für Fachpersonen ist klar, dass unterschiedliche Abwandlungen oder Verbesserungen bezüglich der Ausführungsbeispiele möglich sind. Solche Abwandlungen oder Verbesserungen sind auch im technischen Offenbarungsgehalt der vorliegenden Erfindung, wie Sie in den Ansprüchen definiert ist, enthalten.

Die Reihenfolge der Ausführung der Verfahrensschritte ist dann, wenn nicht eine ausdrückliche Einschränkung insoweit vorgeschrieben ist, bezüglich der Ansprüche, der Beschreibung und der Figuren nicht zwingend. Wird das Ergebnis eines vorangegangenen Verfahrens für ein nachfolgendes Verfahren eingesetzt, können, bezüglich eines Betriebsablaufes in den Ansprüchen, der Beschreibung, und den Figuren Angaben ”zunächst” oder ”sodann” nicht notwendig sein. Eine Einschränkung in diesem Sinne liegt dann nicht vor, auch wenn es sich gleichwohl um bevorzugtes, also offenbartes Ausführungsbeispiel handelt. Schrittliste (FIGn. 4 und 7)

S1	BEWEGEN DER ROBOTERHAND IN EINE GEGENSTAND-HALTEPOSITION
S2	BEWEGEN DES AUSGLEICHSGEWICHTES IN DIE ZWEITE DISTALPOSITION
S3	IST DAS AUSGLEICHSGEWICHT ANGEORDNET?
S4	BEWEGEN DES HALTEBAUTEILS IN DIE ERSTE DISTALPOSITION
S5	IST DAS HALTEBAUTEIL ANGEORDNET?
S6	HALTEN DES GEGENSTANDES
S7	IST DER GEGENSTAND GEHALTEN?
S8	BEWEGEN DES HALTEBAUTEIL IN DIE ERSTE PROXIMALPOSITION
S9	IST DIE ANORDNUNG DES HALTEBAUTEILS VOLLSTÄNDIG?
S10	BEWEGEN DES AUSGLEICHSGEWICHTES IN DIE ZWEITE PROXIMALPOSITION
S11	IST DAS AUSGLEICHSGEWICHT ANGEORDNET?
S12	BEWEGEN DER ROBOTERHAND IN DIE GEGENSTAND-FREIGABEPOSITION
S13	FREIGABE DES GEGENSTANDES
S14	IST DER GEGENSTAND FREIGEGEBEN?
S15	BEWEGEN DES ROBOTERARMES IN DIE AUSGANGSPOSITION
S16	IST EIN BEFEHL FÜR EINE WEITERE FÖRDERUNG EMPFANGEN?
S21	MESSEN DES GEWICHTS DES GEGENSTANDS
S22	BERECHNEN DER ZIELPOSITION FÜR DAS AUSGLEICHSGEWICHT
S23	BEWEGEN DES AUSGLEICHSGEWICHTES IN DIE ZIELPOSITION
S24	IST DAS AUSGLEICHSGEWICHT ANGEORDNET?

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2002-172569 [0002]
JP 2006-16144 [0002]

Claims

Roboterhand (100) zum Halten und Fördern eines Gegenstandes, folgendes aufweisend: ein Gestell (103); einen ersten Handarm (101), der auf dem Gestell (103) montiert ist und ein Haltebauteil (111) aufweist, das eingerichtet ist, einen Gegenstand (W) zu halten, wobei der erste Handarm eingerichtet ist, das Haltebauteil (111) zwischen einer ersten Distalposition entfernt vom Gestell (103) in einer ersten Richtung und in eine erste Proximalposition zu bewegen, die näher an dem Gestell (103) liegt als die erste Distalposition; und einen zweiten Handarm (102), der auf dem Gestell (103) montiert ist und ein Ausgleichsgewicht (121) aufweist, wobei der zweite Handarm eingerichtet ist, das Ausgleichsgewicht (121) zwischen einer zweiten Distalposition entfernt vom Gestell (103) in eine zweite Richtung, die entgegengesetzt der ersten Richtung ist, und in eine zweite Proximalposition, die näher an dem Gestell (103) liegt als die zweite Distalposition zu bewegen.
Roboterhand gemäß Anspruch 1, weiterhin aufweisend: eine erste Antriebseinheit, die eingerichtet ist, das Haltebauteil (111) zwischen der ersten Distalposition und der ersten Proximalposition zu bewegen; und eine zweite Antriebseinheit, die eingerichtet ist, das Ausgleichsgewicht (121) zwischen der zweiten Distalposition und der zweiten Proximalposition zu bewegen.
Roboterhand gemäß Anspruch 2, weiterhin aufweisend: einen Koppelmechanismus (403), der eingerichtet ist, eine Bewegung des Haltebauteils (111) durch die erste Antriebseinheit und eine Bewegung des Ausgleichsgewichts (121) durch die zweite Antriebseinheit zu koppeln.
Roboterhand gemäß Anspruch 3, wobei die erste Antriebseinheit und die zweite Antriebseinheit eine gemeinsame Kraftquelle (304) aufweisen.
Roboterhand gemäß Anspruch 2, wobei sowohl die erste als auch die zweite Antriebseinheit einen Luftzylinder (105, 304) aufweisen.
Roboterhand gemäß Anspruch 2, wobei sowohl die erste Antriebseinheit als auch die zweite Antriebseinheit einen Servomotor (104, 204) aufweisen.
Roboterhand gemäß Anspruch 2, wobei die erste Antriebseinheit oder die zweite Antriebseinheit einen Servomotor (104) aufweisen und die andere Antriebseinheit einen Luftzylinder (105).
Roboter (11) folgendes aufweisend: eine Roboterhand (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7; und einen Roboterarm (15), an dem die Roboterhand (100) montiert ist.
Robotersystem (10), aufweisend: einen Roboter (11) gemäß Anspruch 8; und eine Steuerung (12), die eingerichtet ist, den Roboter (11) zu steuern.
Robotersystem gemäß Anspruch 9, weiterhin aufweisend: einen Lastsensor (122), der eingerichtet ist, ein Gewicht es Gegenstandes (W) zu messen, wobei die Steuerung (12) eine Bewegung des Ausgleichsgewichtes (121) mit dem zweiten Handarm (102) in Abhängigkeit von dem mit dem Lastsensor (122) gemessenen Gewicht des Gegenstandes (W) steuert.
Verfahren zum Steuern einer Roboterhand (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bewegen des Ausgleichsgewichtes (121) aus der zweiten Proximalposition in die zweite Distalposition mittels des zweiten Handarmes (102); Bewegen des Haltebauteils (111) aus der ersten Proximalposition in die erste Distalposition mittels des ersten Handarmes (101); und Halten des Gegenstandes (W) durch Betätigen des Haltebauteiles (111).
Verfahren gemäß Anspruch 11, weiterhin folgende Schritte aufweisend: Messen des Gewichtes des Gegenstandes (W) nach dessen Ergreifen; Berechnen, auf Basis des gemessenen Gewichtes des Gegenstandes (W), einer Zielposition, in welcher das Ausgleichsgewicht (121) anzuordnen ist; und Bewegen des Ausgleichsgewichts (121) in die Zielposition mittels des zweiten Handarmes (102).